Fotosinteza este un proces folosit de plante, alge și unele bacterii pentru a valorifica energia din lumina soarelui și a o transforma în energie chimică. Acest articol descrie principiile generale ale fotosintezei și aplicarea fotosintezei pentru a dezvolta combustibili curați și surse de energie regenerabile.
Există două tipuri de procese fotosintetice: oxigenic fotosintezăși anoxigenic fotosinteză... Principiile generale ale fotosintezei anoxigenice și oxigenice sunt foarte asemănătoare, dar cea mai frecventă este fotosinteza oxigenică, care se observă la plante, alge și cianobacterii.
În timpul fotosintezei oxigenice, energia luminii facilitează transferul de electroni din apă (H 2 O) în dioxid de carbon (CO 2). Reacția produce oxigen și hidrocarburi.
Fotosinteza oxigenată poate fi numit un proces opus respirației, în care există o absorbție a dioxidului de carbon produs de toate organismele care respiră și eliberarea de oxigen în atmosferă.
Pe de altă parte, apa nu este utilizată ca donator de electroni în fotosinteza anoxigenică. Acest proces este frecvent observat la bacterii precum bacteriile purpurii și bacteriile cu sulf verde, care se găsesc în principal în diferite medii acvatice.
Cu fotosinteza anoxigenă, oxigenul nu este produs, de unde și numele. Rezultatul reacției depinde de donatorul de electroni. De exemplu, multe bacterii folosesc hidrogen sulfurat ca donator și, ca urmare a acestei fotosinteze, se formează sulf solid.
Deși ambele tipuri de fotosinteză sunt procese complexe și în mai multe etape, ele pot fi reprezentate aproximativ sub forma ecuațiilor chimice de mai jos.
Fotosinteza oxigenată este scris după cum urmează:
6CO 2 + 12H 2 O + Energie luminoasă → C 6 H 12 O 6 + 6O 2 + 6H 2 O
Aici, șase molecule de dioxid de carbon (CO2) se combină cu 12 molecule de apă (H2O) folosind energia luminii. Ca urmare a reacției, se formează o moleculă de carbohidrați (C6H12O6 sau glucoză) și șase molecule de oxigen și șase molecule de apă.
Reacții diferite în mod similar fotosinteza anoxigenică poate fi prezentat sub forma unei formule generalizate:
CO 2 + 2H 2 A + Energie luminoasă → + 2A + H 2 O
Litera A din ecuație este variabilă și H 2 A reprezintă un potențial donator de electroni. De exemplu, A poate fi sulf în hidrogen sulfurat (H2S).
Aparat fotosintetic
Mai jos sunt componentele celulare necesare pentru fotosinteză.
Pigmenți
Pigmenți Sunt molecule care dau culoare plantelor, algelor și bacteriilor, dar sunt responsabile și de captarea eficientă a razelor solare. Pigmenții de diferite culori absorb diferite lungimi de undă ale luminii. Trei grupuri principale sunt prezentate mai jos.
- Clorofile Sunt pigmenți verzi capabili să prindă lumina albastră și roșie. Clorofilele au trei subtipuri numite clorofila a, clorofila b și clorofila c. Clorofila a se găsește în toate plantele fotosintetice. Există, de asemenea, o variantă bacteriană, bacterioclorofila, care absoarbe lumina infraroșie. Acest pigment se găsește în principal în bacteriile cu sulf purpuriu și verde, care realizează fotosinteza anoxigenică.
- Carotenoizi Sunt pigmenți roșii, portocalii sau galbeni care absorb lumina albastru-verde. Exemple de carotenoizi sunt xantofila (galben) și carotenul (portocaliu), care dau culoarea morcovilor.
- Ficobiline Sunt pigmenți roșii sau albastri care absorb lungimi de undă lungi de lumină care nu sunt atât de bine absorbite de clorofile și carotenoizi. Ele pot fi văzute în cianobacterii și alge roșii.
Plastid
Organismele eucariote fotosintetice conțin organite în citoplasma numită plastide... Plastidele cu două membrane din plante și alge sunt considerate plastide primare, iar plastidele cu mai multe membrane găsite în plancton sunt numite plastide secundare, potrivit unui articol din Educația Naturii a autorilor Chong Xin Chan și Debashish Bhattacharya, cercetători de la Universitatea Rutgers din New Jersey.
Plastidele conțin de obicei pigmenți sau pot stoca substanțe nutritive. Leucoplastele incolore și nepigmentate stochează grăsimi și amidon, în timp ce cromoplastele conțin carotenoizi, iar cloroplastele conțin clorofilă.
Fotosinteza are loc la cloroplaste; în special în zonele grana și stroma. Grana sunt vezicule plate sau membrane suprapuse numite tilacoide. Toate structurile fotosintetice se găsesc în granule. Aici are loc transferul de electroni. Spațiile goale dintre coloanele granei alcătuiesc stroma.
Cloroplastele sunt ca mitocondriile, centrele energetice ale celulelor, prin faptul că au propriul lor genom sau o colecție de gene conținute în ADN-ul ciclic. Aceste gene codifică proteinele necesare pentru organet și fotosinteză. La fel ca mitocondriile, se crede că cloroplastele au evoluat din celulele bacteriene primitive prin endosimbioză.
Antene
Moleculele de pigment se leagă de proteine, care le permit să se deplaseze în direcția luminii și una către cealaltă. Potrivit unei publicații a Wim Vermaas, profesor la Universitatea de Stat din Arizona, un set de 100-5000 de molecule de pigment este „ antene". Aceste structuri captează energia luminii de la soare sub formă de fotoni.
În cele din urmă, energia luminii trebuie transferată la complexul pigment-proteină, care o poate transforma în energie chimică sub formă de electroni. La plante, de exemplu, energia luminii este transferată către pigmenții clorofilici. Trecerea la energia chimică are loc atunci când pigmentul clorofilic deplasează un electron, care poate fi apoi transferat către destinatarul corespunzător.
Centre de reacție
Pigmenții și proteinele care transformă energia luminii în energie chimică și inițiază procesul de transfer al electronilor sunt cunoscute sub numele de centre de reacție.
Procesul de fotosinteză
Reacțiile fotosintezei plantelor sunt împărțite în cele care necesită prezența soarelui și nu necesită aceasta. Ambele tipuri de reacții au loc în cloroplaste: reacții dependente de lumină în tilacoide și reacții independente de lumină în stromă.
Reacții dependente de lumină (reacții la lumină) când un foton de lumină lovește centrul de reacție și o moleculă de pigment precum clorofila eliberează un electron. În acest caz, electronul nu ar trebui să revină la poziția sa inițială și acest lucru nu este ușor de evitat, deoarece acum clorofila are o „gaură de electroni” care atrage electronii din apropiere.
Electronul eliberat reușește să „scape” deplasându-se de-a lungul lanțului electronic de transport, care generează energia necesară pentru a obține ATP (adenozin trifosfat, o sursă de energie chimică pentru celule) și NADP. "Gaura electronilor" din pigmentul clorofilic original este umplută cu electroni din apă. Ca urmare, oxigenul este eliberat în atmosferă.
Reacții întunecate(care sunt independente de prezența luminii și sunt, de asemenea, cunoscute sub numele de ciclul Calvin). În timpul reacțiilor întunecate, se produc ATP și NADP, care sunt surse de energie. Ciclul Calvin constă în trei etape ale unei reacții chimice: fixarea carbonului, reducerea și regenerarea. Aceste reacții folosesc apă și catalizatori. Atomii de carbon din dioxidul de carbon sunt „fixați” atunci când sunt încorporați în molecule organice, care formează în cele din urmă carbohidrați cu trei atomi de carbon (zaharuri ușoare). Aceste zaharuri sunt apoi folosite pentru a produce glucoză sau reciclate pentru a reiniția ciclul Calvin.
Fotosinteza în viitor. Utilizarea fotosintezei
Organismele fotosintetice sunt un mijloc potențial de a produce combustibili curați, cum ar fi hidrogenul sau chiar metanul. Recent, un grup de cercetare de la Universitatea Turku din Finlanda a aplicat capacitatea algelor verzi de a produce hidrogen. Algele verzi pot produce hidrogen în câteva secunde dacă sunt mai întâi expuse la absența luminii și a oxigenului și apoi expuse la lumină. Echipa a dezvoltat o modalitate de a extinde producția de hidrogen a algelor cu până la trei zile, după cum sa raportat într-o publicație din 2018 în revista Energy & Environmental Science.
Oamenii de știință au făcut, de asemenea, progrese în fotosinteza artificială. De exemplu, un grup de cercetători de la Universitatea din California, Berkeley a dezvoltat un sistem artificial de captare a dioxidului de carbon folosind nanofire și bacterii semiconductoare. Combinația unui set de nanofire biocompatibile cu absorbție a luminii cu o populație specifică de bacterii, folosind energia luminii solare, transformă dioxidul de carbon în combustibil sau polimeri. O echipă de oameni de știință și-a publicat proiectul în 2015 în revista Nano Letters.
În 2016, oamenii de știință din același grup au publicat un studiu în revista Science, care a descris un alt sistem de fotosinteză artificială în care bacteriile create special au fost folosite pentru a produce combustibili lichizi folosind lumina soarelui, apa și dioxidul de carbon. În general, plantele pot folosi doar 1% din energia soarelui și o pot folosi în timpul fotosintezei pentru a produce compuși organici. În schimb, sistemul de fotosinteză artificială a reușit să utilizeze 10% din energia solară pentru a produce compuși organici.
Cercetarea proceselor naturale, cum ar fi fotosinteza, îi ajută pe oamenii de știință să dezvolte noi modalități de valorificare a diverselor surse de energie regenerabile. Lumina soarelui este utilizată pe scară largă de plante și bacterii în fotosinteză, astfel încât fotosinteza artificială este un pas logic pentru a crea un combustibil ecologic.
Articolul a folosit materiale de pe livescience.com
(Vizualizat1 663 | Vizualizat astăzi 1)
Cele mai bune plante de interior care purifică aerul
Fotosinteză este un proces de sinteză a substanțelor organice din cele anorganice datorate energiei luminii. În majoritatea covârșitoare a cazurilor, fotosinteza este realizată de plante care utilizează organite celulare precum cloroplaste care conține pigment verde clorofilă.
Dacă plantele nu ar fi capabile să sintetizeze materie organică, atunci aproape toate celelalte organisme de pe Pământ nu ar avea de ce să se hrănească, deoarece animalele, ciupercile și multe bacterii nu pot sintetiza substanțe organice din cele anorganice. Îi absorb doar pe cele gata făcute, le împart în altele mai simple, din care le asamblează din nou pe cele complexe, dar deja caracteristice corpului lor.
Acesta este cazul dacă vorbim foarte scurt despre fotosinteză și rolul acesteia. Pentru a înțelege fotosinteza, trebuie să spuneți mai multe: ce substanțe anorganice specifice sunt utilizate, cum are loc sinteza?
Fotosinteza necesită două substanțe anorganice - dioxid de carbon (CO 2) și apă (H 2 O). Primul este absorbit din aer de părțile aeriene ale plantelor, în principal prin stomate. Apa - din sol, de unde este livrată către celulele fotosintetice de către sistemul conducător al plantei. De asemenea, fotosinteza necesită energia fotonilor (hν), dar acestea nu pot fi atribuite materiei.
În total, fotosinteza produce materie organică și oxigen (O 2). De obicei, materia organică este denumită de obicei glucoză (C 6 H 12 O 6).
Compușii organici sunt compuși în mare parte din atomi de carbon, hidrogen și oxigen. Acestea sunt cele găsite în dioxidul de carbon și în apă. Cu toate acestea, în timpul fotosintezei, se eliberează oxigen. Atomii săi sunt luați din apă.
Pe scurt și în general, ecuația reacției fotosintezei este de obicei scrisă după cum urmează:
6CO 2 + 6H 2 O → C 6 H 12 O 6 + 6O 2
Dar această ecuație nu reflectă esența fotosintezei, nu o face ușor de înțeles. Uite, deși ecuația este echilibrată, are un total de 12 atomi în oxigen liber, dar am spus că provin din apă și că sunt doar 6.
De fapt, fotosinteza are loc în două faze. Primul se numește ușoară, a doua este întuneric... Astfel de nume se datorează faptului că lumina este necesară doar pentru faza luminoasă, faza întunecată este independentă de prezența sa, dar acest lucru nu înseamnă că merge în întuneric. Faza luminoasă are loc pe membranele tilacoide ale cloroplastului, faza întunecată - în stroma cloroplastului.
În faza ușoară, nu are loc legarea CO 2. Există doar captarea energiei solare de către complexele de clorofilă, stocarea acesteia în ATP, utilizarea energiei pentru reducerea NADP la NADP * H 2. Fluxul de energie din clorofila excitată de lumină este asigurat de electroni care sunt transmise de-a lungul lanțului de transport al electronilor de enzime încorporate în membranele tilacoide.
Hidrogenul pentru NADP este luat din apă, care, sub influența soarelui, se descompune în atomi de oxigen, protoni de hidrogen și electroni. Acest proces se numește fotoliză... Oxigenul din apă nu este necesar pentru fotosinteză. Atomii de oxigen din două molecule de apă se combină pentru a forma oxigen molecular. Ecuația de reacție pentru faza ușoară a fotosintezei este pe scurt după cum urmează:
H 2 O + (ADP + F) + NADP → ATP + NADP * H 2 + ½O 2
Astfel, oxigenul este eliberat în timpul fazei luminoase a fotosintezei. Numărul de molecule ATP sintetizate din ADP și acid fosforic pe fotoliza unei molecule de apă poate fi diferit: una sau două.
Deci, ATP și NADP * H 2 intră în faza întunecată din faza luminoasă. Aici energia primei și forța de reducere a celei de-a doua sunt cheltuite pentru legarea dioxidului de carbon. Această etapă a fotosintezei nu poate fi explicată simplu și succint, deoarece nu se desfășoară în felul în care șase molecule de CO 2 se combină cu hidrogenul eliberat din moleculele NADP * H 2 pentru a forma glucoză:
6CO 2 + 6NADP * H 2 → C 6 H 12 O 6 + 6NADP
(reacția are loc cu consumul de energie ATP, care se descompune în ADP și acid fosforic).
Reacția de mai sus este doar o simplificare excesivă pentru a facilita înțelegerea. De fapt, moleculele de dioxid de carbon se leagă pe rând, atașându-se la materia organică gata preparată cu cinci atomi de carbon. Se formează o materie organică instabilă cu șase atomi de carbon, care se descompune în molecule de carbohidrați cu trei atomi de carbon. Unele dintre aceste molecule sunt utilizate pentru resinteza substanței originale cu cinci atomi de carbon pentru legarea CO 2. O astfel de resinteză este furnizată Ciclul Calvin... O minoritate din moleculele de carbohidrați cu trei carbon părăsesc ciclul. Toate celelalte substanțe organice (carbohidrați, grăsimi, proteine) sunt sintetizate din acestea și din alte substanțe.
Adică, de fapt, zaharurile cu trei cărbuni, nu glucoza, sunt eliberate din faza întunecată a fotosintezei.
Viața omului, ca toată viața de pe Pământ, este imposibilă fără respirație. Inspirăm oxigen din aer și expirăm dioxid de carbon. Dar de ce nu se termină oxigenul? Se pare că aerul din atmosferă este alimentat continuu cu oxigen. Și această saturație apare tocmai datorită fotosintezei.
Fotosinteza este simplă și simplă!
Toată lumea este obligată să înțeleagă ce este fotosinteza. Pentru a face acest lucru, nu trebuie să scrieți deloc formule complexe, este suficient să înțelegeți importanța și magia acestui proces.
Plantele joacă rolul principal în procesul de fotosinteză - iarbă, copaci, arbuști. În frunzele plantelor a avut loc de milioane de ani transformarea uimitoare a dioxidului de carbon în oxigen, atât de necesară vieții pentru cei cărora le place să respire. Să încercăm să dezasamblăm întregul proces de fotosinteză în ordine.
1. Plantele iau apă din sol cu minerale dizolvate în el - azot, fosfor, mangan, potasiu, diverse săruri - mai mult de 50 de elemente chimice diferite în total. Plantele au nevoie de el pentru nutriție. Dar de la sol, plantele primesc doar 1/5 din substanțele necesare. Restul 4/5 ies din aer!
2. Plantele absorb dioxidul de carbon din aer. Același dioxid de carbon pe care îl expirăm în fiecare secundă. Plantele respiră dioxid de carbon la fel ca tine și eu respir oxigen. Dar acest lucru nu este suficient.
3. O componentă indispensabilă într-un laborator natural este lumina soarelui. Razele soarelui din frunzele plantelor evocă o reacție chimică extraordinară. Cum se întâmplă acest lucru?
4. Există o substanță uimitoare în frunzele plantelor - clorofilă... Clorofila este capabilă să capteze fluxurile de lumină solară și să transforme neobosit apa rezultată, oligoelementele, dioxidul de carbon în substanțe organice necesare fiecărei creaturi vii de pe planeta noastră. În acest moment, plantele eliberează oxigen în atmosferă! Această lucrare a clorofilei pe care oamenii de știință o numesc un cuvânt complex - fotosinteză.
O prezentare pe tema Fotosinteza poate fi descărcată pe portalul educațional
Deci, de ce este iarba verde?
Acum, că știm că celulele vegetale conțin clorofilă, această întrebare este foarte ușor de răspuns. Nu fără motiv clorofila este tradusă din limba greacă veche ca „frunză verde”. Pentru fotosinteză, clorofila folosește toate razele soarelui, cu excepția verde. Vedem iarbă, frunze de plante verzi tocmai pentru că clorofila se dovedește a fi verde.
Importanța fotosintezei.
Importanța fotosintezei nu poate fi supraestimată - fără fotosinteză, s-ar acumula prea mult dioxid de carbon în atmosfera planetei noastre, majoritatea organismelor vii pur și simplu nu ar fi capabile să respire și să moară. Pământul nostru s-ar transforma într-o planetă lipsită de viață. Pentru a preveni acest lucru, fiecare persoană de pe planeta Pământ trebuie să-și amintească că suntem foarte datori față de plante.
De aceea este atât de important să creăm cât mai multe parcuri și spații verzi în orașe. Protejați taiga și jungla de distrugere. Sau doar plantează un copac lângă casa ta. Sau să nu rupă ramurile. Doar participarea fiecărei persoane de pe planeta Pământ va contribui la conservarea vieții pe planeta de origine.
Dar importanța fotosintezei nu se limitează la conversia dioxidului de carbon în oxigen. Ca urmare a fotosintezei, stratul de ozon s-a format în atmosferă, care protejează planeta de razele nocive ale radiațiilor ultraviolete. Plantele sunt hrană pentru majoritatea ființelor vii de pe Pământ. Mâncare necesară și sănătoasă. Valoarea nutritivă a plantelor este, de asemenea, un merit al fotosintezei.
Recent, clorofila a fost utilizată activ în medicină. Oamenii știu de mult că animalele bolnave mănâncă instinctiv frunze verzi pentru a se vindeca. Oamenii de știință au descoperit că clorofila este similară cu o substanță din celulele sanguine umane și este capabilă să facă minuni.
Plantele primesc tot ce au nevoie pentru creștere și dezvoltare din mediu. Astfel diferă de alte organisme vii. Pentru ca acestea să se dezvolte bine, sunt necesare sol fertil, irigații naturale sau artificiale și o iluminare bună. Nimic nu va crește în întuneric.
Solul este o sursă de apă și compuși organici nutritivi, oligoelemente. Dar copacii, florile, ierburile au nevoie și de energie solară. Sub influența luminii solare apar anumite reacții, ca urmare a cărora dioxidul de carbon, absorbit din aer, se transformă în oxigen. Acest proces se numește fotosinteză. Reacția chimică care apare atunci când este expusă la lumina soarelui produce, de asemenea, glucoză și apă. Aceste substanțe sunt vitale pentru dezvoltarea plantei.
În limbajul chimistilor, reacția arată astfel: 6CO2 + 12H2O + lumină = C6H12O6 + 6O2 + 6H2O. O formă simplificată a ecuației: dioxid de carbon + apă + lumină = glucoză + oxigen + apă.
Literal „fotosinteza” se traduce prin „împreună cu lumina”. Acest cuvânt este format din două cuvinte simple „fotografie” și „sinteză”. Soarele este o sursă foarte puternică de energie. Oamenii îl folosesc pentru a genera electricitate, izolarea caselor și încălzirea apei. Plantele au nevoie și de energie de la soare pentru a susține viața. Glucoza din fotosinteză este un zahăr simplu care este unul dintre cei mai importanți nutrienți. Plantele îl folosesc pentru creștere și dezvoltare, iar excesul se depune în frunze, semințe, fructe. Nu toată glucoza rămâne neschimbată în părțile verzi ale plantelor și fructelor. Zaharurile simple tind să se transforme în altele mai complexe, care includ amidonul. Astfel de rezerve de plante sunt consumate în perioadele de lipsă de nutrienți. Aceștia determină valoarea nutritivă a ierburilor, fructelor, florilor, frunzelor pentru animale și persoanele care mănâncă alimente vegetale.
Cum absorb plantele lumina
Procesul de fotosinteză este destul de complex, dar poate fi descris pe scurt, astfel încât să devină de înțeles chiar și pentru copiii de vârstă școlară. Una dintre cele mai frecvente întrebări se referă la mecanismul de absorbție a luminii. Cum ajunge energia luminii în plante? Procesul de fotosinteză are loc în frunze. În frunzele tuturor plantelor există celule verzi - cloroplaste. Acestea conțin o substanță numită clorofilă. Clorofila este pigmentul care dă frunzelor culoarea lor verde și este responsabil pentru absorbția energiei luminoase. Mulți oameni nu s-au gândit de ce frunzele majorității plantelor sunt largi și plate. Se pare că natura a oferit acest lucru dintr-un motiv. Suprafața largă vă permite să absorbiți mai multă lumină solară. Din același motiv, panourile solare sunt făcute largi și plate.
Partea superioară a frunzelor este protejată de un strat ceros (cuticula) de pierderea apei și de efectele adverse ale vremii, dăunători. Se numește palisadă. Dacă priviți cu atenție foaia, puteți vedea că partea superioară este mai strălucitoare și mai netedă. O culoare bogată se obține datorită faptului că există mai multe cloroplaste în această parte. Excesul de lumină poate reduce capacitatea plantei de a produce oxigen și glucoză. Clorofila este deteriorată de expunerea la soarele strălucitor și acest lucru încetinește fotosinteza. Încetinirea are loc și odată cu sosirea toamnei, când lumina devine mai mică, iar frunzele încep să devină galbene datorită distrugerii cloroplastelor din ele.
Rolul apei în fotosinteză și în viața plantelor nu poate fi subestimat. Este necesară apă pentru:
- asigurarea plantelor cu minerale dizolvate în ea;
- menținerea tonului;
- răcire;
- posibilitatea reacțiilor chimice și fizice.
Copacii, arbuștii, florile absorb apa din sol de rădăcini, iar apoi umezeala crește de-a lungul tulpinii, trece în frunze de-a lungul venelor, care sunt vizibile chiar cu ochiul liber.
Dioxidul de carbon intră prin mici găuri din partea inferioară a frunzei - stomatele. În partea inferioară a frunzei, celulele sunt aranjate astfel încât dioxidul de carbon să poată pătrunde mai adânc. De asemenea, permite oxigenului produs în timpul fotosintezei să părăsească cu ușurință frunza. La fel ca toate organismele vii, plantele sunt înzestrate cu capacitatea de a respira. Mai mult, spre deosebire de animale și oameni, ei absorb dioxidul de carbon și eliberează oxigen și nu invers. Acolo unde există multe plante, aerul este foarte curat și proaspăt. De aceea este atât de important să ai grijă de copaci, arbuști, să amenajezi piețe și parcuri în orașele mari.
Faze luminoase și întunecate ale fotosintezei
Procesul de fotosinteză este complex și constă din două faze - lumină și întuneric. Faza luminoasă este posibilă numai în prezența razelor solare. Sub influența luminii, moleculele de clorofilă se ionizează, rezultând în formarea de energie, care servește drept catalizator pentru o reacție chimică. Ordinea evenimentelor din această fază arată astfel:
- lumina lovește molecula de clorofilă, care este absorbită de pigmentul verde și o transformă într-o stare excitată;
- se produce divizarea apei;
- Se sintetizează ATP, care este un acumulator de energie.
Faza întunecată a fotosintezei are loc fără participarea energiei luminii. În acest stadiu, se formează glucoza și oxigenul. Este important să înțelegem că formarea glucozei și a oxigenului are loc non-stop. Faza întunecată este numită deoarece prezența luminii nu mai este necesară pentru curgerea ei. Catalizatorul este ATP, care a fost sintetizat mai devreme.
Importanța fotosintezei în natură
Fotosinteza este unul dintre cele mai semnificative procese naturale. Este necesar nu numai pentru a susține viața plantelor, ci și pentru toată viața de pe planetă. Fotosinteza este necesară pentru:
- asigurarea hranei pentru animale și oameni;
- îndepărtarea dioxidului de carbon și oxigenarea aerului;
- menținerea ciclului nutrienților.
Toate plantele sunt dependente de rata fotosintezei. Energia solară poate fi văzută ca un factor care provoacă sau inhibă creșterea. De exemplu, în regiunile sudice și regiunile soarelui există multe și plantele pot crește destul de înalte. Dacă luăm în considerare modul în care are loc procesul în ecosistemele acvatice, la suprafața mărilor, oceanelor nu există lipsă de lumină solară și se observă o creștere abundentă de alge în aceste straturi. În straturile mai adânci de apă, există o lipsă de energie solară, care afectează rata de creștere a florei acvatice.
Procesul de fotosinteză contribuie la formarea stratului de ozon în atmosferă. Acest lucru este foarte important, deoarece ajută la protejarea întregii vieți de pe planetă de efectele nocive ale razelor ultraviolete.
Fotosinteză este sinteza compușilor organici din frunzele plantelor verzi din apă și dioxidul de carbon al atmosferei folosind energia solară (lumină) adsorbită de clorofilă în cloroplaste.
Datorită fotosintezei, energia luminii vizibile este captată și convertită în energie chimică, stocată (stocată) în substanțe organice formate în timpul fotosintezei.
Data descoperirii procesului de fotosinteză poate fi considerată 1771. Omul de știință englez J. Priestley a atras atenția asupra schimbării compoziției aerului datorită activității vitale a animalelor. În prezența plantelor verzi, aerul a devenit din nou potrivit atât pentru respirație, cât și pentru arsură. Ulterior, munca unui număr de oameni de știință (J. Ingenhaus, J. Senebier, T. Saussure, J. B. Boussingault) a constatat că plantele verzi absorb CO2 din aer, din care se formează materia organică cu participarea apei la lumină. Acesta a fost acest proces din 1877, omul de știință german W. Pfeffer a numit fotosinteza. Legea conservării energiei, formulată de R. Mayer, a avut o mare importanță pentru dezvăluirea esenței fotosintezei. În 1845, R. Mayer a prezentat presupunerea că energia utilizată de plante este energia Soarelui, pe care plantele o transformă în energie chimică în timpul fotosintezei. Această poziție a fost dezvoltată și confirmată experimental în studiile remarcabilului om de știință rus K.A. Timiryazev.
Rolul principal al organismelor fotosintetice:
1) transformarea energiei luminii solare în energia legăturilor chimice ale compușilor organici;
2) saturația atmosferei cu oxigen;
Ca urmare a fotosintezei, pe Pământ se formează 150 de miliarde de tone de materie organică și se eliberează aproximativ 200 de miliarde de tone de oxigen liber pe an. Previne creșterea concentrației de CO2 în atmosferă, prevenind supraîncălzirea Pământului (efect de seră).
Atmosfera creată prin fotosinteză protejează viețuitoarele de radiațiile UV distructive cu unde scurte (ecranul de oxigen-ozon al atmosferei).
Doar 1-2% din energia solară este transferată la cultura plantelor agricole; pierderile se datorează absorbției incomplete a luminii. Prin urmare, există o perspectivă imensă pentru creșterea randamentelor datorită selecției soiurilor cu eficiență fotosintetică ridicată, creării unei structuri a culturilor favorabile absorbției luminii. În acest sens, dezvoltarea fundamentelor teoretice ale controlului fotosintezei devine deosebit de urgentă.
Importanța fotosintezei este enormă. Să observăm doar că furnizează combustibil (energie) și oxigen atmosferic necesare existenței tuturor ființelor vii. Prin urmare, rolul fotosintezei este planetar.
Natura planetară a fotosintezei este determinată și de faptul că datorită circulației oxigenului și carbonului (în principal) se menține compoziția modernă a atmosferei, care la rândul său determină menținerea în continuare a vieții pe Pământ. Se poate spune în continuare că energia stocată în produsele fotosintezei este în esență principala sursă de energie pe care o are acum omenirea.
Reacția totală a fotosintezei
CO 2 + H 2 O = (CH 2 O) + O 2 .
Chimia fotosintezei este descrisă prin următoarele ecuații:
Fotosinteza - 2 grupuri de reacții:
etapă ușoară (depinde de iluminare)
scenă întunecată (depinde de temperatura).
Ambele grupuri de reacții se desfășoară simultan
Fotosinteza are loc în cloroplastele plantelor verzi.
Fotosinteza începe cu captarea și absorbția luminii de către pigmentul clorofilă, care este conținut în cloroplastele celulelor vegetale verzi.
Acest lucru este suficient pentru a schimba spectrul de absorbție al moleculei. 
Molecula de clorofilă absoarbe fotonii în violet și albastru, apoi în partea roșie a spectrului și nu interacționează cu fotonii din partea verde și galbenă a spectrului.
Prin urmare, clorofila și plantele arată verde - pur și simplu nu pot folosi razele verzi în niciun fel și le lasă să meargă în lume (făcându-le astfel mai verzi).
Pigmenții fotosintetici sunt localizați pe partea interioară a membranei tilacoide.
Pigmenții sunt organizați în sisteme foto(câmpuri de antenă pentru captarea luminii) - conținând 250-400 de molecule de diferiți pigmenți.
Sistemul foto este format din:
centrul de reacție fotosisteme (moleculă de clorofilă A),
molecule de antenă
Toți pigmenții din fotosistem sunt capabili să transfere reciproc energia de stare excitată. Energia fotonică absorbită de una sau alta moleculă de pigment este transferată către o moleculă vecină până ajunge în centrul de reacție. Când sistemul de rezonanță al centrului de reacție devine excitat, acesta transferă doi electroni excitați către molecula acceptor și astfel se oxidează și capătă o sarcină pozitivă.
În plante:
foto-sistem 1(absorbție maximă a luminii la o lungime de undă de 700 nm - P700)
fotosistemul 2(absorbția maximă a luminii la o lungime de undă de 680 nm - P680
Diferențele optime de absorbție se datorează diferențelor mici în structura pigmenților.
Cele două sisteme funcționează împreună, ca un transportor din două piese numit fotofosforilarea neciclică .
Ecuația sumară pentru fotofosforilarea neciclică:
Ф - desemnarea simbolică a reziduului de acid fosforic
Ciclul începe cu fotosistemul 2.
1) moleculele de antenă captează un foton și transferă excitația către o moleculă a centrului activ P680;
2) molecula P680 excitată cedează doi electroni cofactorului Q, în timp ce este oxidată și capătă o sarcină pozitivă;
Cofactor(cofactor). Coenzima sau orice altă substanță necesară funcționării unei enzime
Coenzime (coenzime)[din lat. co (cum) - împreună și enzime], compuși organici de natură neproteică, care participă la reacția enzimatică ca acceptori de atomi individuali sau grupări atomice, scindate de enzimă din molecula substratului, adică pentru implementarea acțiunii catalitice a enzimelor. Aceste substanțe, spre deosebire de componenta proteică a enzimei (apoenzima), au o greutate moleculară relativ mică și, de regulă, sunt termostabile. Uneori, coenzimele înseamnă orice substanță moleculară scăzută, a cărei participare este necesară pentru manifestarea acțiunii catalitice a enzimei, inclusiv a ionilor, de exemplu. K +, Mg 2+ și Mn 2+. Ofertele sunt localizate. în centrul activ al enzimei și împreună cu substratul și grupurile funcționale ale centrului activ formează un complex activat.
Pentru manifestarea activității catalitice, majoritatea enzimelor necesită prezența unei coenzime. Excepția este enzimele hidrolitice (de exemplu, proteaze, lipaze, ribonuclează), care își îndeplinesc funcția în absența unei coenzime.
Molecula este redusă cu P680 (prin acțiunea enzimelor). În acest caz, apa se disociază în protoni și oxigen molecular, acestea. apa este un donator de electroni care asigură completarea electronilor în P 680.
FOTOLIZĂ APĂ- divizarea unei molecule de apă, în special în timpul fotosintezei. Datorită fotolizei apei, se formează oxigen, care este eliberat de plante verzi în lumină.
Se încarcă ...